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2018
02-02

新的方法有助于绘制物种的遗传遗产


歌鸟在哪里得到它的歌曲?鸟类家族的哪个分支更接近火烈鸟 - 苍鹭还是麻雀?

这些问题看起来很简单,但遗传学家回答实际上很难。由伊利诺斯大学和奥斯汀得克萨斯大学的研究人员开发的一项新的先进的统计技术可以帮助研究人员构建更精确的物种树,详细描述基因谱系和物种之间的关系。

Tandy Warnow教授开发了一种新的统计方法,对遗传数据进行分类,从而构建出更好的遗传谱系树种。摄影:L. Brian Stauffer

 

 

该方法被称为统计分箱,被用于禽类系统发育学项目,这是科学杂志12月12日特刊的主题。

伊利诺斯大学生物工程与计算机科学创始人,教授Tandy Warnow说:“物种树是描述物种如何从共同祖先演化而来的一种方式。 “研究人员利用物种树来做各种各样的事情,比如当不同的特质产生时,以及什么引发了这些特质的演变,以及这些事物是如何被环境变化引起的或不是由环境变化引起的。”

Warnow说,从基因组数据构建物种树的两种主要方法。一种流行了几十年的方法将所有的基因数据放在一个巨大的矩阵中,并对其进行分析以绘制整个物种树。这被称为串联。这种方法的困难在于,单个基因通常具有不同的谱系,这些谱系可能相互之间以及整个物种树有很大的差异。

第二种方法是基于聚结剂的方法,通过查看每个基因的数据并估计每个性状的基因树。然后它将所有的树木结合在一起来创建整个物种树。虽然这种方法在理论和统计上都是合理的,但在实践中表现不如预期。 “Warnow说,”我们意识到结合在一起的基因树在其中有错误。 “当基因树有错误时,那么当你把它们结合起来的时候,你会得到一个不好的树种估计。因此,我们需要获得更好的基因树,问题是,我们该怎么做?“

统计分箱处理所有基因数据,并使用统计优化技术将基因分类成集合或”箱“。每个基因bin有树,似乎没有统计上显着的差异。将每个bin的数据组合成一个“超基因”树,然后将超基因树组合成一个整体物种树。

德克萨斯大学奥斯丁分校研究生Siavash Mirarab说:“您可以将统计分箱看作是结合两种主要方法的最佳特性,并详细介绍了统计分箱方法。 “如果没有这个方法,人们不得不放弃他们不喜欢的数据。这种方法允许你使用你所有的数据,而且你不必丢弃任何东西。我们有一种方法可以通过将某些东西组合在一起,从而达到统计上有意义的目的。“

研究人员将使用聚结方法产生的物种树与统计分箱技术相比较,将几种生物分类单独进行连接或聚并,如鸟类,哺乳动物,酵母等。他们发现,将统计装仓过程加入到管道中产生的物种树比任何一种常规方法生产的树要好。 Warnow说:“我们用一种复杂的统计方法对基因数据进行分类,但是通过这种方法我们得到了更好的树木。 “结果显着改善了对基因树的估计,这使我们能够更好地估计物种树和枝长,从而帮助您找出事情的发生时间。一切都准确得多。“

统计分档使Avian系统发育学项目能够分析超过14000个基因,这是迄今为止发表的最大的此类项目之一,并构建了连接许多不同鸟类的大树。 (了解更多关于结果。)

Warnow和Mirarab计划继续 改进统计分箱方法,并希望能够为许多其他类似的研究增加准确性。

“在研究界中,是否使用聚结分析的串联存在很大的分歧。我们所做的是理解为什么聚结方法没有给出好的结果,并提出了一种改进投入的方法,以便取得好的结果。这是将这两个非常分化的社区相互协调的一种方式,“Warnow说。

来源:Illinois.edu